CN102862005A - 专用于钢制接地材料焊接的铝热铁焊剂及其焊接方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂，由铝粉、氧化铁粉末及合金添加物混合均匀而成。本发明的有益效果是：1、操作安全，无需专业技术知识和特殊防护，简单易学。2、无需外接能源，工具携带方便，施工效率高。3、可实现母材与焊接接头材质的统一，避免电化学腐蚀及由于母材与焊接接头之间存在熔点、线膨胀系数、热导率和比热容的差异，而在焊接过程中和承受冲击电流时易产生热应力导致接头断裂的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于钢制接地材料焊接的铝热铁焊剂及其焊接方法。
背景技术
放热焊接主要分为铝热铜焊和铝热铁焊，目前应用较为广泛的是铝热铜焊，而铝热铁焊主要应用于钢轨连接。用于钢制接地材料焊接的铝热铁焊剂是一种针对钢与钢（主要是扁钢与扁钢、扁钢与圆钢、圆钢与圆钢）的放热焊接方法。
钢结构最主要的连接方式是焊接，在接地中常用的方法为电弧焊，但电弧焊对被焊接材料所做坡口尺寸要求严格且加工时间较长，其焊接过程需电源，且配套设备较为笨重，最重要的是电弧焊只是表面搭接，内部没有熔合，接头不致密，无法达到有效泄流的效果。
铝热铁焊剂最初是应用在钢轨的连接中，由于工艺操作简单，不需要外部电源和热源，而且焊接成本低，质量稳定可靠，逐步应用于接地系统以及阴极保护领域，并在不断的完善和改进。
现在市面上的放热焊接普遍采用铝热铜焊剂，就是利用铝热反应所产生的高温和铜液使金属熔融，以达到高质量的熔接效果，实现各种金属间的连接。但在接地网的连接中，电化学腐蚀是影响接地网寿命的一个重要因素。但铝热铜焊剂实现钢与钢的连接，由于接头处材料的金属性不同，产生电势差构成原电池，在潮湿的土壤中这种电化学腐蚀加剧，使接地网寿命显著降低。另外铁与铜的熔点、线膨胀系数、热导率和比热容差异较大，在焊接过程中和承受冲击电流时易产生热应力导致接头断裂。为了避免异质材料焊接钢与钢所引发的一系列问题，最佳方法便是用铝热铁焊剂实现钢与钢的连接。
铝热铁焊接剂与铝热铜焊剂一样，利用的是铝热反应，不同的是铝热铁焊接剂生成的是铁，实现母材与接头材质的统一。与铝热铜焊剂相比，铝热铁焊接剂不仅有效避免了钢质接地网的电化学腐蚀，还大大降低了成本，能广泛应用于杆塔、基站、石油化工和电站等的接地防雷。尤其在杆塔、基站等野外高山处施工的项目，由于其大量使用圆钢和扁钢，且野外高山处使用焊接配套设备较为不便，铝热铁焊接剂的优点便尤为突出。
铝热铁剂焊接反应是在耐高温的石墨模具内进行的，在正常的使用情况下，一个模具可焊接70个焊点以上。铝热铁剂焊接过程只需要短短的几秒钟时间即可完成。
发明内容
本发明的目的是针对钢制接地材料存在焊接接头不牢固及电化学腐蚀等不足，提供一种专用于钢制接地材料焊接的铝热铁焊剂及其焊接方法。该焊接剂工艺操作简单，不需要外部电源和热源，而且焊接成本低，质量稳定可靠，重点可避免钢制接地材料焊接接头的电化学腐蚀现象。并且本发明专利还提供了该铝热铁焊剂的使用方法。
为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂，由铝粉、氧化铁粉末及合金添加物混合均匀而成。
作为优选，上述铝粉、氧化铁粉末及合金添加物的重量份配比的组分如下：
铝粉18-25份，氧化铁粉末63-71份，合金添加物为6.65-15.4份；
其中，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；
氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成，颗粒度为20-40目。
作为优选，上述合金添加物包括铁粉、氟石粉末、镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉中的任意一种或几种。
作为优选，上述的合金添加物中的每一种组分的具体重量份配比如下：
上述的铁粉为3-7份，颗粒度为20-40目；
上述的氟石粉末为3-7份，颗粒度为120-150目；
上述的镁粉为0.2-0.5份，颗粒度为60-80目；
上述的硅铁为0.15-0.3份，颗粒度为40-60目；
上述锰铁粉为0.15-0.3份，颗粒度为40-60目；
上述铬铁粉为0.15-0.3份，颗粒度为40-60目。
本发明还包括使用上述任意一种专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂进行焊接的方法，包括如下步骤：
步骤1，戴上手套和护目镜等防护用品；
步骤2，取出相应模具和模具夹，并装配好；
步骤3，模具除湿：用专用加热器加热模具3～5分钟；
步骤4，将钢制接地材料放入模具线材孔并调节位置固定好，使模具完全闭合；
步骤5，将铝热铁焊剂袋打开，取出钢碟和引燃剂，将钢碟放入反应腔底部遮盖好引流孔，倒入装入铝热铁焊剂后，先倒部分引燃剂于模唇上，再将余下的引燃剂均匀倒在铝热铁焊剂表面；
步骤6，盖上模具盖，用点火枪对准模唇上引燃剂，并引燃；
步骤7，反应结束2～3分钟后，打开模具，取出焊接接头，清除模具内熔渣，以便下次使用。
作为优选，上述模具的材质为石墨，模具的结构包括：反应腔、熔接腔、线材孔。
作为优选，上述引燃剂由氧化铁粉末、铝粉、铁粉、高锰酸钾粉末、红磷粉末组成。
作为优选，上述的引燃剂中的每一种组分的具体重量份配比如下：
上述的氧化铁粉末为20-40份，颗粒度为150-200目；
上述的铝粉为15-25份，颗粒度为80-100目；
上述的铁粉为25-40份，颗粒度为150-200目；
上述的高锰酸钾粉末为5-10份，颗粒度为180-200目；
上述的红磷粉末为5-10份，颗粒度为180-200目。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、操作安全，无需专业技术知识和特殊防护，简单易学。
2、无需外接能源，工具携带方便，施工效率高。
3、可实现母材与焊接接头材质的统一，避免电化学腐蚀及由于母材与焊接接头之间存在熔点、线膨胀系数、热导率和比热容的差异，而在焊接过程中和承受冲击电流时易产生热应力导致接头断裂的问题。
具体实施方式
下面对本发明作进一步阐述。
本发明首先涉及一种专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂，由铝粉、氧化铁粉末及合金添加物混合均匀而成，制作非常简单。
下面是本发明的具体实施例：
实施例1
在实施例1中，专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂的组分的具体重量份配比如下：
还原剂为铝粉，数量18份，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；氧化剂为氧化铁粉末，数量63份，氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成（两者之间以任何重量配比的关系都可以），颗粒度为20-40目；填充剂为铁粉，数量3份，颗粒度为20-40目；除渣剂为氟石粉末，数量3份，颗粒度为120-150目；焊接强度增强剂为镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉，其中：镁粉为0.2份，颗粒度为60-80目；硅铁为0.15份，颗粒度为40-60目；锰铁粉为0.15份，颗粒度为40-60目；铬铁粉为0.15份，颗粒度为40-60目。
实施例2
在实施例2中，专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂的组分的具体重量份配比如下：
还原剂铝粉18份，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；氧化剂氧化铁粉末68份，氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成（两者之间以任何重量配比的关系都可以），颗粒度为20-40目；填充剂铁粉为4份，颗粒度为20-40目；除渣剂氟石粉末为5份，颗粒度为120-150目；焊接强度增强剂为镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉，其中：镁粉为0.3份，颗粒度为60-80目；硅铁为0.20份，颗粒度为40-60目；锰铁粉为0.15份，颗粒度为40-60目；铬铁粉为0.20份，颗粒度为40-60目。
实施例3
在实施例3中，专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂的组分的具体重量份配比如下：
还原剂铝粉20份，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；氧化剂氧化铁粉末68份，氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成（两者之间以任何重量配比的关系都可以），颗粒度为20-40目；填充剂铁粉为6份，颗粒度为20-40目；除渣剂氟石粉末为7份，颗粒度为120-150目；焊接强度增强剂为镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉，其中：镁粉为0.4份，颗粒度为60-80目；硅铁为0.3份，颗粒度为40-60目；锰铁粉为0.3份，颗粒度为40-60目；铬铁粉为0.20份，颗粒度为40-60目。
实施例4
在实施例4中，专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂的组分的具体重量份配比如下：
还原剂铝粉20份，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；氧化剂氧化铁粉末68份，氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成（两者之间以任何重量配比的关系都可以），颗粒度为20-40目；填充剂铁粉为6份，颗粒度为20-40目；除渣剂氟石粉末为7份，颗粒度为120-150目；焊接强度增强剂为镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉，其中：镁粉为0.4份，颗粒度为60-80目；硅铁为0.3份，颗粒度为40-60目；锰铁粉为0.3份，颗粒度为40-60目；铬铁粉为0.3份，颗粒度为40-60目。
实施例5
在实施例5中，专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂的组分的具体重量份配比如下：
还原剂铝粉25份，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；氧化剂氧化铁粉末68份，氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成（两者之间以任何重量配比的关系都可以），颗粒度为20-40目；填充剂铁粉为6份，颗粒度为20-40目；除渣剂氟石粉末为6份，颗粒度为120-150目；焊接强度增强剂为镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉，其中：镁粉为0.3份，颗粒度为60-80目；硅铁为0.25份，颗粒度为40-60目；锰铁粉为0.22份，颗粒度为40-60目；铬铁粉为0.25份，颗粒度为40-60目。
实施例6
在实施例6中，专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂的组分的具体重量份配比如下：
还原剂铝粉25份，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；氧化剂氧化铁粉末71份，氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成（两者之间以任何重量配比的关系都可以），颗粒度为20-40目；填充剂铁粉为7份，颗粒度为20-40目；除渣剂氟石粉末为6份，颗粒度为120-150目；焊接强度增强剂为镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉，其中：镁粉为0.3份，颗粒度为60-80目；硅铁为0.3份，颗粒度为40-60目；锰铁粉为0.3份，颗粒度为40-60目；铬铁粉为0.25份，颗粒度为40-60目。
实施例7
在实施例7中，专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂的组分的具体重量份配比如下：
还原剂铝粉20份，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；氧化剂氧化铁粉末70份，氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成（两者之间以任何重量配比的关系都可以），颗粒度为20-40目；填充剂铁粉为7份，颗粒度为20-40目；除渣剂氟石粉末为7份，颗粒度为120-150目；焊接强度增强剂为镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉，其中：镁粉为0.5份，颗粒度为60-80目；硅铁为0.25份，颗粒度为40-60目；锰铁粉为0.3份，颗粒度为40-60目；铬铁粉为0.25份，颗粒度为40-60目。
尽管这里参照本发明的实施例对本发明进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开和权利要求的范围内，可以对专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂的组分进行多种变型和改进，得到的结果也是属于本发明的保护范围。
本发明还包括使用上述任意一种专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂进行焊接的方法，包括如下步骤：
步骤1，戴上手套和护目镜等防护用品；
步骤2，取出相应模具和模具夹，并装配好；
步骤3，模具除湿：用专用加热器加热模具3～5分钟；
步骤4，将钢制接地材料放入模具线材孔并调节位置固定好，使模具完全闭合；
步骤5，将铝热铁焊剂袋打开，取出钢碟和引燃剂。将钢碟放入反应腔底部遮盖好引流孔，倒入装入铝热铁焊剂后，先倒部分引燃剂于模唇上，再将余下的引燃剂均匀倒在铝热铁焊剂表面；
步骤6，盖上模具盖，用点火枪对准模唇上引燃剂，并引燃；
步骤7，反应结束2～3分钟后，打开模具，取出焊接接头，清除模具内熔渣，以便下次使用。
上述模具的材质可以为石墨，模具的结构包括：反应腔、熔接腔、线材孔。
上述引燃剂可以由氧化铁粉末、铝粉、铁粉、高锰酸钾粉末、红磷粉末组成。
并且上述的引燃剂中的每一种组分的具体重量份配比如下：
上述的氧化铁粉末为20-40份，颗粒度为150-200目；
上述的铝粉为15-25份，颗粒度为80-100目；
上述的铁粉为25-40份，颗粒度为150-200目；
上述的高锰酸钾粉末为5-10份，颗粒度为180-200目；
上述的红磷粉末为5-10份，颗粒度为180-200目。
Claims (8)
1.一种专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂，由铝粉、氧化铁粉末及合金添加物混合均匀而成。
2.根据权利要求1所述的专用于钢制接地材料的铝热焊接剂，其特征在于：
所述铝粉、氧化铁粉末及合金添加物的重量份配比的组分如下：
铝粉18-25份，氧化铁粉末63-71份，合金添加物为6.65-15.4份；
其中，铝粉纯度为99.9%以上，活性度为98%以上，颗粒度为40-60目；
氧化铁粉末由三氧化二铁和四氧化三铁组合而成，颗粒度为20-40目。
3.根据权利要求1所述的专用于钢制接地材料的铝热焊接剂，其特征在于：
所述合金添加物包括铁粉、氟石粉末、镁粉、硅铁粉、锰铁粉、铬铁粉中的任意一种或几种。
4.根据权利要求3所述的专用于钢制接地材料的铝热焊接剂，其特征在于：所述的合金添加物中的每一种组分的具体重量份配比如下：
所述的铁粉为3-7份，颗粒度为20-40目；
所述的氟石粉末为3-7份，颗粒度为120-150目；
所述的镁粉为0.2-0.5份，颗粒度为60-80目；
所述的硅铁为0.15-0.3份，颗粒度为40-60目；
所述锰铁粉为0.15-0.3份，颗粒度为40-60目；
所述铬铁粉为0.15-0.3份，颗粒度为40-60目。
5.使用如权利要求1-4所述任意一种专用于钢制接地材料焊接的铝热焊接剂进行焊接的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1，戴上手套和护目镜等防护用品；
步骤2，取出相应模具和模具夹，并装配好；
步骤3，模具除湿：用专用加热器加热模具3～5分钟；
步骤4，将钢制接地材料放入模具线材孔并调节位置固定好，使模具完全闭合；
步骤5，将铝热铁焊剂袋打开，取出钢碟和引燃剂，将钢碟放入反应腔底部遮盖好引流孔，倒入装入铝热铁焊剂后，先倒部分引燃剂于模唇上，再将余下的引燃剂均匀倒在铝热铁焊剂表面；
步骤6，盖上模具盖，用点火枪对准模唇上引燃剂，并引燃；
步骤7，反应结束2～3分钟后，打开模具，取出焊接接头，清除模具内熔渣，以便下次使用。
6.根据权利要求5所述的焊接的方法，其特征在于：
所述模具的材质为石墨，模具的结构包括：反应腔、熔接腔、线材孔。
7.根据权利要求5所述的焊接的方法，其特征在于：
所述引燃剂由氧化铁粉末、铝粉、铁粉、高锰酸钾粉末、红磷粉末组成。
8.根据权利要求5所述的焊接的方法，其特征在于：
所述的引燃剂中的每一种组分的具体重量份配比如下：
所述的氧化铁粉末为20-40份，颗粒度为150-200目；
所述的铝粉为15-25份，颗粒度为80-100目；
所述的铁粉为25-40份，颗粒度为150-200目；
所述的高锰酸钾粉末为5-10份，颗粒度为180-200目；
所述的红磷粉末为5-10份，颗粒度为180-200目。
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